CN1476107A - 氮化物基的半导体发光器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种氮化物基的半导体发光器件及其制造方法，能提高从发光层发射的光的提取效率。该氮化物基的半导体发光器件包括顺序叠层在透光性基底上的一第一导电类型的氮化物基的半导体层、一发光层、和一第二导电类型的氮化物基的半导体层。一第一导电类型的电极层与第一导电类型的氮化物基的半导体层电连接，一第二导电类型的电极层与第二导电类型的氮化物基的半导体层电连接。

Description

氮化物基的半导体发光器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种氮化物基的半导体发光器件(nitride-based semiconductorlight-emitting device)及其制造方法，氮化物基的半导体发光器件使用一氮化物基的半导体(InxAlyGa1-x-yN，其中，0≤x，0≤y，和x+y＜1)。
背景技术
图23中显示出日本专利申请特-开No.10-270761公开的一种现有氮化物基的半导体发光器件的结构。图23中所示的现有氮化物基的半导体发光器件的结构是：在一Al衬底100上顺序叠层一p型欧姆接触层101、一p型GaN层102、一有源层(active layer)103、一n型GaN层104和一n-侧电极105。
按以下的方式制造现有的氮化物基的半导体发光器件。首先，在一蓝宝石衬底(未显示)上顺序叠层n型GaN层104、有源层103、和p型GaN层102，形成一半导体叠层部分。然后，在p型GaN层102的整个上表面上设置容易与p型GaN层102形成欧姆接触的、由Ni和Au的合金层构成的p型欧姆接触层101。然后，用导电粘接剂Ag浆将Al衬底100粘贴在p型欧姆接触层101的上表面，作为一支承基体(base)。然后用抛光方法完全除去蓝宝石衬底。最后，在除去蓝宝石衬底后露出的n型GaN层104的表面上，构图并形成例如由Ti和Au的合金层构成的n-侧电极105。
在上述的现有氮化物基的半导体发光器件中，p型GaN层102与p型欧姆接触层101之间的界面S反射从有源层103向Al衬底100侧发射的光，反射光被提取(extracted)到器件外。另一方面，由于用作支承基体的Al衬底100是不透明的，其光提取效率明显地受到p型GaN层102与p型欧姆接触层101之间的界面S的反射率的影响。但是，p型欧姆接触层101是由Ni和Au的合金层构成的。因此，在其与p型GaN层102的界面处的反射率低，大部分光被吸收。
此外，尽管用抛光方法完全除去了蓝宝石衬底，但是，即使采用高精度的抛光技术，抛光后的蓝宝石的面内膜厚变化也在几微米范围内。所以，n型GaN层104的膜厚应该不小于几微米，即，具有足够的余量，以防止抛光时不会除去部分n型GaN层104。这就造成合格率低，生产成本增加。
发明内容
考虑到上述的问题，本发明的目的是提供一种氮化物基的半导体发光器件及其制造方法，能提高从发光层发射的光的提取效率。
为实现上述目的，根据本发明的氮化物基的半导体发光器件包括在透光性基体(base)上顺序叠层的一第一导电类型的氮化物基的半导体层、一发光层、和一第二导电类型的氮化物基的半导体层。一第一导电类型的电极层与第一导电类型的氮化物基的半导体层电连接，一第二导电类型的电极层与第二导电类型的氮化物基的半导体层电连接。
这里，在根据本发明的氮化物基的半导体发光器件中，透光性基体优选地由透光性树脂或SOG(旋涂玻璃)构成。这里SOG是指一二氧化硅膜，通过将溶解在无机溶剂或有机溶剂中的二氧化硅旋涂在晶片上而形成该二氧化硅膜。
在根据本发明的氮化物基的半导体发光器件中，透光性基体优选地包括一波长变化材料。
在根据本发明的氮化物基的半导体发光器件中，优选地，第一导电类型的氮化物基的半导体层是一p型氮化物基的半导体层，第二导电类型的氮化物基的半导体层是一n型氮化物基的半导体层。
在根据本发明的氮化物基的半导体发光器件中，优选地，至少一部分第一导电类型的电极层被形成在透光性基体与第一导电类型的氮化物基的半导体层之间。
这里，优选地，第一导电类型的电极层被形成在透光性基体与第一导电类型的氮化物基的半导体层之间，并与第一导电类型的氮化物基的半导体层的几乎整个表面接触。
此外，优选地，至少一部分第一导电类型的电极层被形成在透光性基体与第一导电类型的氮化物基的半导体层之间，并被形成为网孔的形式。
在根据本发明的氮化物基的半导体发光器件中，优选地，第一导电类型的电极层包括一导体，该导体与第一导电类型的氮化物基的半导体层形成欧姆接触。
在根据本发明的氮化物基的半导体发光器件中，优选地，第一导电类型的电极层包括一金属薄膜层和/或一透明导电层。
这里，优选地，金属薄膜层包括至少一种选自下列组中的金属：钯(Pd)，镍(Ni)，铂(Pt)，铑(Rh)，钌(Ru)，锇(Os)，铱(Ir)，铪(Hf)，钛(Ti)，铝(Al)，钪(Sc)，锆(Zr)和钒(V)。
此外，优选地，透明导电层包括至少一种选自下列组中的元素的氧化物：锌(Zn)，铟(In)，锡(Sn)，镁(Mg)，镉(Cd)，镓(Ga)，和铅(Pb)。
而且，根据本发明，一种氮化物基的半导体发光器件的制造方法包括下列步骤：制备一衬底，在该衬底上顺序叠层一第二导电类型的氮化物基的半导体层、一发光层和一第一导电类型的氮化物基的半导体层；在第一导电类型的氮化物基的半导体层上形成一第一导电类型的电极层；在第二导电类型的氮化物基的半导体层上形成一第二导电类型的电极层；和在第一导电类型的电极层上形成一透光性基体。
这里，优选地，根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的制造方法还包括除去至少部分衬底的步骤。
优选地，在根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的制造方法中，衬底是一Si衬底。
优选地，在根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的制造方法中，用包括氢氟酸和硝酸的混合物的腐蚀液除去Si衬底，在Si衬底上形成第二导电类型的氮化物基的半导体层，作为一腐蚀停止层。
优选地，根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的制造方法还包括在第一导电类型的氮化物基的半导体层上形成第一导电类型的电极层的步骤，然后将这些层在300～700℃的温度下进行热处理。
优选地，根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的制造方法还包括形成作为第一导电类型的电极层的一金属薄膜层和/或一透明导电层的步骤。
优选地，根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的制造方法还包括，按网孔(meshed)方式形成至少一部分第一导电类型的电极层的步骤。
优选地，根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的制造方法还包括，在第一导电类型的电极层上形成一焊盘(pad)电极的步骤。
优选地，根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的制造方法还包括，在第一导电类型的电极层上形成一厚膜金属层的步骤。
优选地，在根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的制造方法中，用选自下列组中的至少一种方法形成透光性基体：固化透光性树脂或SOG(旋涂玻璃)的方法，粘接透光性树脂膜的方法，和粘接透光性树脂板的方法。
优选地，在根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的制造方法中，用选自下列组中的至少一种方法固化透光性树脂：在透光性树脂中混合固化剂的方法，加热用作透光性树脂的热固性树脂的方法，和用紫外线照射用作透光性树脂的紫外线固化树脂的方法。
通过以下结合附图对本发明的详细描述，本发明的上述和其它目的、特征、方面和优点将变得更明显。
附图说明
图1是第一实施例的氮化物基的半导体发光器件的侧视图；
图2是在第一实施例的制造中，当形成透光性基体后，氮化物基的半导体发光器件的横截面图；
图3是在第一实施例的制造中，当露出n型覆盖层(clad layer)后，氮化物基的半导体发光器件的横截面图；
图4是在第一实施例的制造中，当形成光刻胶层后，氮化物基的半导体发光器件的横截面图；
图5是第一实施例的氮化物基的半导体发光器件的放大顶视图；
图6A和6B是顶视图，显示一个用在本发明的氮化物基的半导体发光器件中的网孔p型电极层的实例；
图7是第二实施例的氮化物基的半导体发光器件的侧视图；
图8是在第二实施例的制造中，当形成透光性基体后，氮化物基的半导体发光器件的横截面图；
图9是在第二实施例的制造中，当露出n型覆盖层后，氮化物基的半导体发光器件的横截面图；
图10是在第二实施例的制造中，当形成光刻胶层后，氮化物基的半导体发光器件的横截面图；
图11是第二实施例的氮化物基的半导体发光器件的放大顶视图；
图12是第三实施例的氮化物基的半导体发光器件的横截面图；
图13是在第三实施例的制造中，当形成SiO2掩模后，氮化物基的半导体发光器件的顶视图；
图14是在第三实施例的制造中，当形成透光性基体后，氮化物基的半导体发光器件的横截面图；
图15是在第三实施例的制造中，当通过蒸发形成p型焊盘电极后，氮化物基的半导体发光器件的横截面图；
图16是第三实施例的氮化物基的半导体发光器件的顶视图；
图17是第四实施例的氮化物基的半导体发光器件的横截面图；
图18是在第四实施例的制造中，当形成Al凸点后，氮化物基的半导体发光器件的横截面图；
图19是在第四实施例的制造中，当形成n型电极层后，氮化物基的半导体发光器件的横截面图；
图20是第五实施例的氮化物基的半导体发光器件的横截面图；
图21是在第五实施例的制造中，当形成镀Ni层后，氮化物基的半导体发光器件的横截面图；
图22是在第五实施例的制造中，当形成n型电极层后，氮化物基的半导体发光器件的横截面图；
图23是现有氮化物基的半导体发光器件的横截面图。
具体实施方式
以下描述本发明的实施例。
(透光性基体)
根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的特征是采用透光性基体。当采用透光性基体的、根据本发明的氮化物基的半导体发光器件经芯片键合用Ag浆或反射性好的浆料粘接到引线架等时，从发光层向透光性基体的侧面发射的光进入透光性基体，只有少量被吸收，该光被透光性基体的底表面反射。因此能从透光性基体的侧面提取光，可提高从发光层发射的光的提取效率。这里，透光性度不仅指从发光层发射的光的全部或一部分透射的性能，还包括曾被吸收的光的波长发生变化并再次被发射的性能。
本发明中采用的透光性基体的材料没有具体的限制，可采用现有的透光性材料。其中，优选地采用透光性树脂或SOG。形成透光性树脂或SOG的方法容易而且费用低，因此，可降低根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的制造成本。此外，例如磷光体的波长变化材料可容易地被混合进透光性树脂或SOG中，能发射各种颜色的光。即，也能制造发白光的器件。这里对透光性树脂的材料没有具体地限制，可以采用具有上述透光性特性的现有树脂。但是优选地采用热固性树脂或紫外线固化树脂。在这种情况下，可更容易地制造透光性基体。例如，热固性树脂可以采用：酚醛树脂，尿素树脂，密胺树脂，不饱和的聚酯树脂，乙烯基酯树脂，邻苯二甲酸二烯丙基树脂，环氧树脂，等。此外，紫外线固化树脂可采用通过紫外线照射一产品而被固化的树脂，向一低聚物或一单体例如丙烯酸酯、环氧化合物或不饱和化合物与硫羟的混合物中加入一诸如苯酮、三苯基锍、六氟磷化氢等的光敏剂，以获得该产品，从一诸如汞灯或金属卤化物灯的光源发射该紫外线。
此外，透光性基体优选地包括一波长变化材料。在这种情况下，透光性基体中含的波长变化材料改变从发光层向透光性基体发射的光的波长。因此，可以从透光性基体的侧面提取红光、蓝光、绿光、或它们的混合光、或白光。这里波长变化材料可以采用例如：发红光的磷光体，发橘红色光的磷光体，发绿光的磷光体，发蓝光的磷光体，发白光的磷光体等。发红光的磷光体采用例如：ZnS:Cu，LiAlO2:Fe3+，Al2O3:Cr，Y2O3:Eu3+，Y(P，V)O4:Eu3+，Y2O3:Eu磷光体，Y2O3:Eu磷光体和Y2O3S:Eu磷光体的混合物等。此外，发橘红色光的磷光体采用例如：ZnS:(Cu，Mn)，(Zn，Cd)S:Ag，ZnS:Mn，(Sr，Mg，Ba)3(PO4)2等。而且，发绿光的磷光体采用例如：ZnS:(Cu，Al)，LaPO4:(Ce3+，Tb3+)，Sr(S，Se):(Sm，Ce)，ZnSiO4:Mn2+，βZnS:Cu，ZnS:Cu，Fe(Co)，ZnS:Pb，ZnS:Cu磷光体，ZnS:(Cu，Al)磷光体和Y2Al5O12:Tb磷光体的混合物等。发蓝光的磷光体可采用例如：CaS:Bi，(Sr，Ca)10(PO4)6C12:Eu2+，SrS:(Sm，Ce)，Sr2P2O7:Eu2+，βZnS:Ag，(Ba，Ca，Mg)10(PO4)6C12:Eu2+，3Sr3(PO4)2.CaCI2:Eu2+磷光体等。发白光的磷光体采用例如：ZnO:Zn，ZnS:As，ZnS:(Au，Ag，Al)，Ca2P2O7:Dy，Ca3(PO4)2.CaF2:Sb，3Ca3(PO4)2.Ca(F，Cl)2:Sb3+，3Ca3(PO4)2.Ca(F，Cl)2:(Sb3+，Mn2+)，MgWO4，3Ca3(PO4)2.Ca(F，CI)2:(Sb3+，Mn2+)磷光体等。这里，上述的磷光体的符号是根据磷光体组分的通用符号标注法标注的。也可采用单一的磷光体，或者采用多种磷光体的组合物。
(第一导电类型的氮化物基的半导体层)
在透光性基体上叠层本发明中采用的、第一导电类型的氮化物基的半导体层。在通式InxAlyGa1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y＜1)表示的氮化物基的半导体中注入p型或n型杂质，获得的产品可作为第一导电类型的氮化物基的半导体层的材料。在其它的第一导电类型的氮化物基的半导体层中，优选的是具有p型注入杂质的P型氮化物基的半导体层。这里，可以采用现有的材料作为p型杂质，例如，可以用下列元素中的一种或多种：镁(Mg)，锌(Zn)，镉(Cd)，铍(Be)等。
在上述的通式InxAlyGa1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y＜1)中，x表示In的组分比，而y表示Al的组分比。此外，第一导电类型的氮化物基的半导体层可以由单层形成，也可以由两层或更多层形成，在上述的层中，不同的材料相互接触。而且，第一导电类型的氮化物基的半导体层可以与透光性基体接触，或者可以不与透光性基体接触。
(发光层)
本发明中采用的发光层被叠层在第一导电类型的氮化物基的半导体层上。例如上述的通式InxAlyGa1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y＜1)表示的氮化物基的半导体层可以用作发光层的材料。此外，本发明采用的发光层可以是MQW(多量子阱)发光层或SQW(单量子阱)发光层。发光层可以是一任意的、四元或三元混合晶体，例如，AlGaInN，GaNAs，GaNP等。
(第二导电类型的氮化物基的半导体层)
本发明采用的第二导电类型的氮化物基的半导体层被形成在发光层上。在通式InxAlyGa1-x-yN(0≤x，0≤y，x+y＜1)表示的氮化物基的半导体中注入p型或n型杂质，获得的产品可以用作第二导电类型的氮化物基的半导体层的材料。其它的第二导电类型的氮化物基的半导体层优选的是具有n型注入杂质的n型氮化物基的半导体材料。这里一现有材料可被用作n型杂质，例如可以采用下列材料中的一种或多种：Si(硅)，O(氧)，Cl(氯)，S(硫)，C(碳)，Ge(锗)等。
(第一导电类型电极层)
本发明采用的第一导电类型电极层与第一导电类型的氮化物基的半导体层电连接。这里优选地，至少部分第一导电类型电极层被形成在透光性基体与第一导电类型的氮化物基的半导体层之间。此外，更优选地，第一导电类型电极层被形成在透光性基体与第一导电类型的氮化物基的半导体层之间，并与第一导电类型的氮化物基的半导体层的几乎整个表面接触。在这种情况下，电流可以在第一导电类型电极层的平面内更有效地扩散，且电流能更均匀地被输送到发光层中。
而且，当至少一部分第一导电类型电极层被形成在透光性基体与第一导电类型的氮化物基的半导体层之间时，优选地，形成于其间的该至少一部分第一导电类型电极层被形成为网孔的方式。在这种情况下，能进一步提高发光层发射的光的透射率。
尽管没有具体地限制第一导电类型电极层采用的材料，该材料优选地包括一与第一导电类型的氮化物基的半导体层形成欧姆接触的导体。在这种情况下，能进一步降低本发明的氮化物基的半导体发光器件的驱动电压。
此外，第一导电类型电极层优选地包括一金属薄膜层和/或一透明导电层。在这种情况下，能进一步改善从发光层发射的光的透射率与良好的欧姆接触特性之间的平衡。
这里，更优选地，金属薄膜层包括选自下列组中的至少一种金属：Pd，Ni，Pt，Rh，Ru，Os，Ir，Hf，Ti，Al，Sc，Zr，和V。在这种情况下，第一导电类型电极层与第一导电类型的氮化物基的半导体层之间的接触电阻可以是小的，能降低本发明的氮化物基的半导体发光器件的驱动电压。
而且，更优选地，透明导电层包含选自下列组中的至少一种元素的氧化物：Zn，In，Sn，Mg，Cd，Ga和Pb。其它的透明导电层还优选地包含选自下列组中的至少一种氧化物：ZnO(氧化锌)，In2O3(氧化铟)，SnO2(氧化锡)，ITO(铟锡氧化物)，和MgO(氧化镁)。在这种情况下，由于发光层发射的从紫色光到绿色光的波长范围内的光有高的透射率，所以，能进一步提高本发明的氮化物基的半导体发光器件的光提取效率。
(第二导电类型电极层)
本发明采用的第二导电类型电极层电与第二导电类型的氮化物基的半导体层连接。尽管没有具体地限制第二导电类型电极层采用的材料，但是，材料更优选地包括选自下列组中的至少一种金属：Pd(钯)，Ni(镍)，Pt(铂)，Rh(铑)，Ru(钌)，Os(锇)，Ir(铱)，Hf(铪)，Ti(钛)，Al(铝)，Sc(钪)，Zr(锆)和V(钒)。在这种情况下，第二导电类型电极层与第二导电类型的氮化物基的半导体层之间的接触电阻可以是小的，且能降低本发明的氮化物基的半导体发光器件的驱动电压。
(制造方法)
以下描述本发明的氮化物基的半导体发光器件的制造方法，该氮化物基的半导体发光器件包括顺序叠层在透光性基体上的第一导电类型的氮化物基的半导体层、发光层、和第二导电类型的氮化物基的半导体层。首先，制备一衬底，并在衬底上顺序形成第二导电类型的氮化物基的半导体层、发光层、和第一导电类型的氮化物基的半导体层。然后，在第一导电类型的氮化物基的半导体层上形成第一导电类型的电极层，在第二导电类型的氮化物基的半导体层上形成第二导电类型的电极层。最后，在第一导电类型的电极层上形成透光性基体。用包括这些步骤的制造方法制造氮化物基的半导体发光器件，即使当采用由一透光性树脂等构成的透光性基体时，其中氮化物基的半导体层的晶粒生长困难，也可以在透光性基体上形成氮化物基的半导体层。这里，根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的制造方法除了上述的步骤外，还包括其它的步骤。在根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的制造方法中，上述的形成第二导电类型的电极层和透光性基体的工艺步骤顺序可以交换。
这里可以采用常规方法作为形成氮化物基的半导体层的方法。例如，可以采用LPE(液相外延)、VPE(气相外延)、MOCVD(金属-有机化学气相沉积)、MBE(分子束外延)、气体源MBE、或它们的组合。而且，可以用具有三角形、圆形、或其他多边形形状的SiO2掩模将衬底掩蔽，和可选择性形成氮化物基的半导体层。此外，可以在衬底上形成一由AlN、n型InAlN、p型InAlN等构成的缓冲层，以形成氮化物基的半导体层。具体地，当缓冲层是一n型或p型氮化物基的半导体层时，可以省去用干法腐蚀除去AlN的工艺步骤，可进一步降低制造成本。
也可以采用现有方法作为在第一导电类型的氮化物基的半导体层上形成第一导电类型的电极层的方法。例如，可以采用真空沉积，溅射或它们的组合。
而且，根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的制造方法优选地包括除去至少一部分衬底的步骤。这样做可以进一步减少衬底对于光的吸收。这里，优选地，衬底是一Si衬底。与通常使用的蓝宝石衬底不同，可用化学腐蚀等方法除去Si衬底，即，不用抛光方法，因此更容易除去衬底。此外，优选地采用含氢氟酸和硝酸的混合物的腐蚀液除去Si衬底，并且在Si衬底上形成的第二导电类型的氮化物基的半导体层作为腐蚀停止层。在这种情况下，可以选择性地腐蚀Si衬底，且第二导电类型的氮化物基的半导体层作为腐蚀停止层。因此可更容易地除去衬底。
而且，优选地，根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的制造方法还包括在第一导电类型的氮化物基的半导体层上形成第一导电类型的电极层的步骤，然后，在300～700℃的温度对这些膜层进行热处理。更优选地，在400～600℃的温度进行热处理，进一步更优选地，在450～550℃的温度进行热处理。在这种情况下，除了获得良好的欧姆特性外，提高了第一导电类型的氮化物基的半导体层与第一导电类型的电极层之间的附着力，且氮化物基的半导体层不大可能会脱开透光性基体。因此，能进一步提高发光器件的生产率。而且，即使经过长时间的通电试验(energization test)，氮化物基的半导体层也不会脱开透光性基体，可进一步提高发光器件的可靠性。
优选地，根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的制造方法还包括形成金属薄膜层和/或透明导电层作为第一导电类型的电极层的步骤。由于容易形成第一导电类型的电极层，更容易用光刻工艺根据任意形状形成第一导电类型的电极层。
优选地，根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的制造方法还包括按网孔方式形成至少部分第一导电类型的电极层。在这种情况下，由于能进一步提高第一导电类型的电极层的光透射率，能制造具有更高光提取效率的发光器件。
优选地，根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的制造方法还包括在第一导电类型的电极层上形成焊盘电极的步骤。在这种情况下，能更有效的从焊盘电极馈送电流。
优选地，根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的制造方法还包括在第一导电类型的电极层上形成厚膜金属层的步骤。在这种情况下，由于能容易地制造在其上侧和下侧上形成有电极结构的发光器件，能制造尺寸更紧凑的发光器件。这里例如，采用以下的方法形成厚膜金属层。即，在除去部分透光性基体而露出的第一导电类型的电极层上镀膜而形成厚膜镀层的方法，或者，形成透光性基体，便于嵌入形成于第一导电类型的电极层上的金属凸点的方法。此外，上述的镀膜方法既可以采用电镀方法也可以采用化学镀膜方法。形成金属凸点的方法例如可以采用选择镀膜方法，即，采用镀膜光刻胶，例如光刻胶干膜，通过电镀等，只在所需的区域镀膜，能够获得大约100μm的厚度。
优选地，在根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的制造方法中，采用选自下列组中的至少一种方法形成透光性基体：固化透光性树脂或SOG(旋涂玻璃)的方法，粘接透光性树脂膜的方法，和粘接透光性树脂板的方法。在这种情况下，可容易地制成透光性基体，提高了发光器件的生产率，可进一步降低制造成本。这里透光性树脂膜和透光性树脂板都由透光性树脂模塑制成。透光性树脂膜是指其厚度不大于200μm的产品，而透光性树脂板是指其厚度大于200μm的产品。可以用现有的透光性树脂模塑方法制造透光性树脂膜和透光性树脂板，例如，注塑，挤压、压力成形，传递模塑、压延等。
优选地，采用选自下列组中的至少一种方法固化透光性树脂：在透光性树脂中混入固化剂的方法，加热作为透光性树脂的热固性树脂的方法，用紫外线照射紫外线硬化树脂的方法。在这种情况下，由于可更容易地制造透光性基体，所以也提高了发光器件的生产率，并进一步降低其制造成本。
例如，可采用以下的方法作为混入固化剂来固化透明树脂的方法。在一种方法中，在环氧树脂中加入胺-类固化剂，例如三亚乙基四胺、异佛尔酮双胺、间-亚苯二甲基双胺、聚酰胺-胺、二氨基二苯甲烷，酸酐类固化剂，例如甲基四氢苯二甲酸酐，或酚醛树脂类固化剂，例如线型酚醛清漆，以延长环氧树脂的链，获得一高分子化合物，然后加热该链，以获得似热固性树脂的更高性能，实现树脂的固化。替代地，在另一种方法中，在不饱和聚酯树脂或乙烯基树脂中加入有机过氧化物的固化剂，例如异丙基苯过氧化氢、二-叔丁基过氧化物等，使链共同固化且相互固定，实现树脂的固化。
此外，作为上述的加热热固性树脂的方法的例子，可以采用加热诸如酚醛树脂、尿素树脂、密胺树脂、不饱和的聚酯树脂、乙烯基酯树脂、邻苯二甲酸二烯丙基树脂、环氧树脂等热固性树脂的方法。
而且，可以采用利用光源发射的紫外线照射一产品而固化树脂的方法作为用紫外线照射紫外线硬化树脂的方法，其中，通过向一诸如丙烯酸酯、环氧化合物或不饱和化合物与硫羟的混合物的低聚物或单体中加入诸如苯酮、三苯基锍、六氟磷化氢等的光敏剂，获得该产品，该光源例如是汞灯或金属卤化物灯。
以下将结合实施例详细描述本发明，但是，本发明不限于这些实施例。
第一实施例
图1是根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的一个实施例的侧视图，用透光性树脂作为透光性基体。在图1中，在根据本发明的氮化物基的半导体发光器件中，在由透光性树脂构成的透光性基体10上顺序叠层一由Pd构成的p型电极层11、一由p型GaN构成的p型接触层12、一由p型AlGaN构成的p型覆盖层13、一发光层14、一由掺杂GaN的Si构成的n型覆盖层15、和一由Hf和Al构成的n型电极层16，其中的发光层14包括一由GaN构成的阻挡层和一由InGaN构成的阱层(well layer)。在p型电极层11上，形成一由Pd和Au构成的p型焊盘电极17。
以下将描述根据本实施例的氮化物基的半导体发光器件的制造方法。首先，如图2所示，在Si衬底18上顺序形成一由AiN构成的缓冲层19、n型覆盖层15、发光层14、p型覆盖层13、和p型接触层12。然后，在p型接触层12的表面上蒸发厚度为10nm的Pd，作为p型电极层11，然后在真空中在500℃热处理3分钟。因此，p型电极层11和p型接触层12形成合金。通过形成合金，改善了p型电极层11和p型接触层12之间的附着力。然后，在p型电极层11上附加作为透光性基体10的紫外线硬化树脂，该树脂被紫外线照射并固化。图2显示出这一阶段的晶片状态。
然后，用电子蜡覆盖晶片的侧表面和透光性基体10的表面，用70％的氢氟酸、60％的硝酸和冰醋酸按5∶2∶2的比例混合成的腐蚀液除去Si衬底18，露出由AlN构成的缓冲层19的表面。然后，用例如丙酮的有机溶剂除去电子蜡。接着，用干腐蚀法除去由AlN构成的缓冲层10，露出n型覆盖层15的表面。图3显示出这一阶段的晶片状态。即使按这种方式完全除去Si衬底18，由透光性树脂构成的透光性基体10可以用作支承基体。因此，该晶片可以按通常的发光器件晶片处理。
随后，如图4所示，在露出的n型覆盖层15的表面上分别蒸发沉积5nm厚的Hf和200nm厚的Al，形成n型电极层16。在蒸发期间，加热温度被设定为约80℃，以获得良好的欧姆接触。之后，当形成作为干法腐蚀掩模的光刻胶层110后，通过腐蚀露出p型电极层11的表面。在腐蚀露出的p型电极层11上，蒸发形成由Pd和Au构成的p型焊盘电极17。除去光刻胶层110，将该晶片切割分成边长为300μm的正方形部分。图5是按上述方式制造的、根据本实施例的氮化物基的半导体发光器件的放大顶视图。
当用Ag浆或具有良好反射性的浆料将按这种方式制造的根据本实施例的氮化物基的半导体发光器件的芯片粘接到引线架时，从发光层14发射到透光性基体10的侧面的光进入透光性基体10，少量的光被吸收，进入透光性基体10的光被透光性基体10的底表面反射。因此，可以从透光性基体10的侧表面将光提取到器件外。因此，能制成从发光层14发射的光的提取效率提高的、氮化物基的半导体发光器件。注意，例如，如图6A和6B所示，可以按网孔方式形成p型电极层11。
第二实施例
图7是根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的一个实施例的侧视图，采用了透明导电层。在图7中，在根据本发明的氮化物基的半导体发光器件中，在由透光性树脂构成的透光性基体20上顺序叠层一由ITO构成的透明导电层211、一由Pd构成的p型电极层21、一由p型GaN构成的p型接触层22、一由p型AlGaN构成的p型覆盖层23、一发光层24、一由掺杂GaN的Si构成的n型覆盖层25、和一由Hf和Al构成的n型电极层26，其中的发光层24包括一由GaN构成的阻挡层和一由InGaN构成的阱层。p型电极层21上形成Pd和Au构成的p型焊盘电极27。
以下将描述根据本实施例的氮化物基的半导体发光器件的制造方法。首先，如图8所示，在Si衬底28上顺序形成一由AlN构成的缓冲层29、n型覆盖层25、发光层24、p型覆盖层23、和p型接触层22。然后，在p型接触层22的表面上蒸发厚度为10nm的Pd，作为p型电极层21，然后在真空中在500℃热处理3分钟。因此，p型电极层21和p型接触层22形成合金。通过形成合金，改善了p型电极层21和p型接触层22之间的附着力。然后，在p型电极层21上溅射形成100nm厚的ITO膜，作为透明导电层211。在透明导电层211上附加作为透光性基体20的热固性树脂，并在130℃加热固化90分钟。图8显示出这一阶段的晶片状态。
然后，用电子蜡覆盖晶片的侧表面和透光性基体20的表面，用70％的氢氟酸、60％的硝酸和冰醋酸按5∶2∶2的比例混合成的腐蚀液除去Si衬底28，露出由AlN构成的缓冲层29的表面。之后，用例如丙酮的有机溶剂除去电子蜡。之后，用干腐蚀法除去由AlN构成的缓冲层29，露出n型覆盖层25的表面。图9显示出这一阶段的晶片状态。即使按这种方式完全除去Si衬底28，由透光性树脂构成的透光性基体20可以用作支承基体。因此，该晶片可以按通常的发光器件晶片处理。
随后，如图10所示，在露出的n型覆盖层25的表面上分别蒸发沉积5nm厚的Hf和200nm厚的Al，形成n型电极层26。在蒸发期间，加热温度被设定为约80℃，以获得良好的欧姆接触。之后，当形成作为干腐蚀掩模的光刻胶层210后，经腐蚀露出p型电极层21的表面。在腐蚀露出的p型电极层21上蒸发形成由Pd和Au构成的p型焊盘电极27。除去光刻胶层210，该晶片被切割分成边长为300μm的正方形部分，图11是按上述方式制造的、根据本实施例的氮化物基的半导体发光器件的放大顶视图。
当利用Ag浆或具有良好反射性的浆料将根据这种方式制造的、根据本实施例的氮化物基的半导体发光器件的芯片粘接到引线架时，从发光层24发射到透光性基体20的侧面的光进入透光性基体20，少量的光被吸收，进入透光性基体20的光被透光性基体20的底表面反射。因此，可以从透光性基体20的侧表面将光提取到器件外。因此，能制成从发光层24发射的光的提取效率提高的、氮化物基的半导体发光器件。
第三实施例
图12是根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的一个实施例的横截面图，其中，在衬底上选择生长氮化物基的半导体层。在图12中，在根据本发明的氮化物基的半导体发光器件中，在由透光性树脂构成的透光性基体30上顺序叠层一由ITO构成的透明导电层311、一由Pd构成的p型电极层31、一由p型GaN构成的p型接触层32、一由p型AlGaN构成的p型覆盖层33、一发光层34、一由掺杂GaN的Si构成的n型覆盖层35、和一由Hf和Al构成的n型电极层36，其中的发光层34包括一由GaN构成的阻挡层和一由InGaN构成的阱层。在p型电极层31上，形成由Pd和Au构成的p型焊盘电极37。
以下将描述根据本实施例的氮化物基的半导体发光器件的制造方法。首先，如图13所示，在Si衬底38上形成膜厚为300nm的SiO2掩模312。这里Si衬底38露出的部分是边长为200μm的正方形，露出的正方形Si衬底部分相互隔开300μm的距离。
以下，如图14所示，在露出的Si衬底38上选择性地且顺序地形成一由AlN构成的缓冲层39、n型覆盖层35、发光层34、p型覆盖层33、和p型接触层32。然后在p型接触层32的表面上蒸发厚度为50nm的Pd，作为p型电极层31，然后在真空中在500℃热处理3分钟。因此，p型电极层31和p型接触层32形成合金。通过形成合金，改善了p型电极层31和p型接触层32之间的附着力。然后，在p型电极层31上溅射形成膜厚为100nm的ITO膜，作为透明导电层311。在透明导电层311上附加热固性树脂，作为透光性基体30，并在130℃加热固化90分钟。图14显示出这一阶段的晶片状态。
然后，用电子蜡覆盖晶片的侧表面和透光性基体30的表面，用70％的氢氟酸、60％的硝酸和冰醋酸按5∶2∶2的比例混合成的腐蚀液除去Si衬底38，露出由AlN构成的缓冲层39的表面。这里，还用腐蚀液除去SiO2掩模312，露出p型电极层31。之后，用例如丙酮的有机溶剂除去电子蜡。因此，即使按这种方式完全除去Si衬底38，用透光性树脂构成的透光性基体30可以用作支承基体。因此，该晶片可以按通常的发光器件晶片处理。然后用干腐蚀法除去由AlN构成的缓冲层39，露出n型覆盖层35的表面。
随后，如图15所示，在露出的n型覆盖层35表面上分别蒸发沉积5nm厚的Hf和200nm厚的Al，形成n型电极层36。在蒸发期间，加热温度被设定为约80℃，以获得良好的欧姆接触。在露出的p型电极层31上蒸发形成由Pd和Au构成的p型焊盘电极37。图15显示出这一阶段的晶片状态。最后，将该晶片切割分成边长为300μm的正方形部分，图16是按上述方式制造的、根据本实施例的氮化物基的半导体发光器件的放大顶视图。
当利用Ag浆或具有好的反射性的浆料将按这种方式制造的、根据本实施例的氮化物基的半导体发光器件的芯片粘接到引线架时，从发光层34发射到透光性基体30的侧面的光进入透光性基体30，少量的光被吸收，进入的光被透光性基体30的底表面反射。因此，可以从透光性基体30的侧表面将光提取到器件外。因此，能制成从发光层34发射的光的提取效率提高的、氮化物基的半导体发光器件。
第四实施例
图17是根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的一个实施例的横截面图，在透明导电层上设置有Al凸点。在图17中，在根据本发明的氮化物基的半导体发光器件中，在由透光性树脂构成的透光性基体40上，顺序叠层一由ITO构成的透明导电层411、一由Pd构成的p型电极层41、一由p型GaN构成的p型接触层42、一由p型AlGaN构成的p型覆盖层43、一发光层44、一由掺杂GaN的Si构成的n型覆盖层45、和一由Hf和Al构成的n型电极层46，其中的发光层44包括一由GaN构成的阻挡层和一由InGaN构成的阱层。此外，在透光性基体40中嵌入Al凸点413。
以下将描述根据本实施例的氮化物基的半导体发光器件的制造方法。首先，如图18所示，在露出的Si衬底48上选择性地并顺序地形成一由AlN构成的缓冲层49、n型覆盖层45、发光层44、p型覆盖层43、和p型接触层42。然后在p型接触层42的表面上蒸发膜厚为10nm的Pd，作为p型电极层41，然后在真空中在500℃热处理3分钟。因此，p型电极层41和p型接触层42形成合金。通过形成合金，改善了p型电极层41和p型接触层42之间的附着力。然后在p型电极层41上溅射形成膜厚为100nm的ITO膜，作为透明导电层411。
在透明导电层411上形成直径为70μm、高度为100μm的Al凸点413，然后，在透明导电层411上附加热固性环氧树脂，作为透光性基体40，用于嵌入Al凸点413，然后，在130℃加热固化90分钟。然后抛光透光性基体40，露出在透光性基体40上的Al凸点413的表面。图18显示出这一阶段的晶片状态。
之后，用电子蜡覆盖晶片的侧表面和透光性基体40的表面，用70％的氢氟酸、60％的硝酸和冰醋酸按5∶2∶2的比例混合成的腐蚀液除去Si衬底48，露出由AlN构成的缓冲层49的表面。然后，用例如丙酮的有机溶剂除去电子蜡。因此，即使按这种方式完全除去Si衬底48，由透光性树脂构成的透光性基体40可以用作支承基体。因此，该晶片可以按通常的发光器件晶片处理。然后用干腐蚀法除去由AlN构成的缓冲层49，露出n型覆盖层45的表面。
随后，如图19所示，在露出的n型覆盖层45表面上分别蒸发沉积5nm厚的Hf和200nm厚的Al，形成n型电极层46。图19显示出这一阶段的晶片状态。在蒸发期间，加热温度被设定为约80℃，以获得好的欧姆接触。最后，将该晶片切割分成边长为300μm的正方形部分。
当利用Ag浆或具有好的反射性的浆料将按这种方式制造的、根据本实施例的氮化物基的半导体发光器件的芯片粘接到引线架时，从发光层44发射到透光性基体40的侧面的光进入透光性基体40，少量的光被吸收，进入的光被透光性基体40的底表面反射。因此，可以从透光性基体40的侧表面将光提取到器件外。因此，能制成从发光层44发射的光的提取效率提高的、氮化物基的半导体发光器件。
第五实施例
图20是根据本发明的氮化物基的半导体发光器件的另一实施例的横截面图，在透明导电层上设置有镀Ni层。在图20中，在根据本发明的氮化物基的半导体发光器件中，在由透光性树脂构成的透光性基体50上，顺序叠层一由ITO构成的透明导电层511、一由Pd构成的p型电极层51、一由p型GaN构成的p型接触层52、一由p型AlGaN构成的p型覆盖层53、一发光层54、一由掺杂GaN的Si构成的n型覆盖层55、和一由Hf和Al构成的n型电极层56，其中的发光层54包括一由GaN构成的阻挡层和一由InGaN构成的阱层。此外，在透光性基体50中嵌入厚膜镀Ni层514。
以下将描述根据本实施例的氮化物基的半导体发光器件的制造方法。首先，如图21所示，在Si衬底58上选择性地并顺序地形成一由AlN构成的缓冲层59、n型覆盖层55、发光层54、p型覆盖层53、和p型接触层52。然后在p型接触层52的表面上蒸发膜厚为10nm的Pd，作为p型电极层51，然后在真空中在500℃热处理3分钟。因此，p型电极层51和p型接触层52形成合金。通过形成合金，改善了p型电极层51和p型接触层52之间的附着力。然后，在p型电极层51上溅射形成膜厚为100nm的ITO膜，作为透明导电层511。
之后，形成膜厚为100μm的、用于厚膜镀膜的、具有直径为100μm的开口的透光性光刻胶层，作为透光性基体50。之后，进行化学镀膜，在该开口中形成膜厚为100μm的厚膜镀Ni层514，图21显示出这一阶段的状态。
之后，用电子蜡覆盖晶片的侧表面和透光性基体50的表面，用70％的氢氟酸、60％的硝酸和冰醋酸按5∶2∶2的比例混合成的腐蚀液除去Si衬底58，露出由AlN构成的缓冲层59的表面。之后，用例如丙酮的有机溶剂除去电子蜡。因此，即使按这种方式完全除去Si衬底58，由透光性树脂构成的透光性基体50可以用作支承基体。因此，该晶片可以按通常的发光器件晶片处理。然后用干腐蚀法除去由AlN构成的缓冲层59，露出n型覆盖层55的表面。
随后，如图22所示，在露出的n型覆盖层55表面上分别蒸发沉积5nm厚的Hf和200nm厚的Al，形成n型电极层56。图22显示出这一阶段的晶片状态。在蒸发期间，加热温度被设定为约80℃，以获得好的欧姆接触。最后，将该晶片切割分成边长为300μm的正方形部分。
当利用Ag浆或具有好的反射性的浆料将按这种方式制造的、根据本实施例的氮化物基的半导体发光器件的芯片粘接到引线架时，从发光层54发射到透光性基体50的侧面的光进入透光性基体50，少量的光被吸收，进入的光被透光性基体50的底表面反射。因此，可以从透光性基体50的侧表面将光提取到器件外。因此，能制成从发光层54发射的光的提取效率提高的、氮化物基的半导体发光器件。
按上述的各个实施例制成的、氮化物基的半导体发光器件的光提取效率比现有的氮化物基的半导体发光器件的光提取效率高2～2.5倍。
如上所述，根据本发明，可以提高从发光层发射的光的提取效率。此外，当透光性基体含波长变化材料时，能制成发射的光的颜色范围在红、蓝、绿及其组合或白的发光器件。而且，如果透光性树脂或SOG用作透光性基体，则可以低成本地制成发光器件。
尽管已详细描述和显示了本发明。但是应清楚了解，这些显示和实例都只是为了说明和示例，而不是限制本发明。本发明的精神和范围只由所附的权利要求书限定。

Claims (22)

1.一种氮化物基的半导体发光器件，包括：
一第一导电类型的氮化物基的半导体层；
一发光层；和
一第二导电类型的氮化物基的半导体层，上述各层顺序叠层在一透光性基体上；其中
一第一导电类型的电极层与所述第一导电类型的氮化物基的半导体层电连接，一第二导电类型的电极层与所述第二导电类型的氮化物基的半导体层电连接。
2.根据权利要求1的氮化物基的半导体发光器件，其中
所述的透光性基体由一透光性树脂或SOG构成。
3.根据权利要求1的氮化物基的半导体发光器件，其中
所述的透光性基体包括波长变化材料。
4.根据权利要求1的氮化物基的半导体发光器件，其中
所述的第一导电类型的氮化物基的半导体层是一p型氮化物基的半导体层，所述的第二导电类型的氮化物基的半导体层是一n型氮化物基的半导体层。
5.根据权利要求1的氮化物基的半导体发光器件，其中
所述的第一导电类型的电极层的至少一部分被形成在所述透光性基体与所述的第一导电类型的氮化物基的半导体层之间。
6.根据权利要求5的氮化物基的半导体发光器件，其中
形成在透光性基体与第一导电类型的氮化物基的半导体层之间的所述第一导电类型的电极层被形成为与所述第一导电类型的氮化物基的半导体层的几乎整个表面接触。
7.根据权利要求5的氮化物基的半导体发光器件，其中
所述第一导电类型的电极层的至少一部分按网孔形式被形成在透光性基体与第一导电类型的氮化物基的半导体层之间。
8.根据权利要求1的氮化物基的半导体发光器件，其中
所述第一导电类型的电极层含一导体，该导体与所述第一导电类型的氮化物基的半导体层形成欧姆接触。
9.根据权利要求1的氮化物基的半导体发光器件，其中
所述第一导电类型的电极层包括一金属薄膜层和一透明导电层的至少其一。
10.根据权利要求9的氮化物基的半导体发光器件，其中
所述金属薄膜层包含选自下列组中的至少一种金属：钯(Pd)，镍(Ni)，铂(Pt)，铑(Rh)，钌(Ru)，锇(Os)，铱(Ir)，铪(Hf)，钛(Ti)，铝(Al)，钪(Sc)，锆(Zr)和钒(V)。
11.根据权利要求9的氮化物基的半导体发光器件，其中
所述透明导电层包含选自下列组中的至少一种元素的氧化物：锌(Zn)，铟(In)，锡(Sn)，镁(Mg)，镉(Cd)，镓(Ga)，和铅(Pb)。
12.根据权利要求1的氮化物基的半导体发光器件的制造方法，包括步骤：
制备一衬底，在所述衬底上顺序叠层一第二导电类型的氮化物基的半导体层、一发光层、和一第一导电类型的氮化物基的半导体层；
在所述第一导电类型的氮化物基的半导体层上形成一第一导电类型的电极层；
在所述第二导电类型的氮化物基的半导体层上形成一第二导电类型的电极层；和
在所述第一导电类型的电极层上形成一透光性基体。
13.根据权利要求12的氮化物基的半导体发光器件的制造方法，还包括除去所述衬底的至少一部分的步骤。
14.根据权利要求13的氮化物基的半导体发光器件的制造方法，其中
所述衬底是一Si衬底。
15.根据权利要求14的氮化物基的半导体发光器件的制造方法，其中
用一含氢氟酸和硝酸的混合腐蚀液除去所述Si衬底，在所述Si衬底上形成第二导电类型的氮化物基的半导体层，作为一腐蚀停止层。
16.根据权利要求12的氮化物基的半导体发光器件的制造方法，还包括步骤：在所述第一导电类型的氮化物基的半导体层上形成所述第一导电类型的电极层的步骤之后，将这些膜层在300～700℃的温度进行热处理。
17.根据权利要求12的氮化物基的半导体发光器件的制造方法，还包括形成一金属薄膜层和一透明导电层的至少其一以作为所述第一导电类型的电极层的步骤。
18.根据权利要求12的氮化物基的半导体发光器件的制造方法，还包括按网孔形式形成所述第一导电类型的电极层的至少一部分的步骤。
19.根据权利要求12的氮化物基的半导体发光器件的制造方法，还包括在所述第一导电类型的电极层上形成一焊盘电极的步骤。
20.根据权利要求12的氮化物基的半导体发光器件的制造方法，还包括在所述第一导电类型的电极层上形成一厚膜金属层的步骤。
21.根据权利要求12的氮化物基的半导体发光器件的制造方法，其中
利用选自下列组中的至少一种方法形成所述透光性基体：固化透光性树脂或SOG的方法，粘接透光性树脂膜的方法，和粘接透光性树脂板的方法。
22.根据权利要求21的氮化物基的半导体发光器件的制造方法，其中
利用选自下列组中的至少一种方法固化所述透光性树脂：透光性树脂中混入固化剂的方法，加热用作透光性树脂的热固性树脂的方法，和用紫外线照射用作透光性树脂的紫外线硬化树脂的方法。
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